Οι μεταβολές στη μοναδική βάση ή το νουκλεοτίδιο στην αλληλουχία νουκλεοτιδίων και έτσι αλλάζουν την συμπληρωματική βάση της καλούνται επίσης ως σημειακές μεταλλάξεις, ενώ όταν υπάρχουν εισαγωγές ή διαγραφές περισσότερων από ένα ζευγών βάσεων στην αλληλουχία νουκλεοτιδίων είναι γνωστές ως μεταλλάξεις μετατόπισης πλαισίου .
Οι μεταλλάξεις μπορούν να οριστούν ως οποιοδήποτε είδος αλλαγής της αλληλουχίας νουκλεοτιδίων ή του γενετικού κώδικα, που μεταβάλλει τη δομή του γονιδίου καθώς και τα αμινοξέα και τις πρωτεΐνες. Αυτές οι μεταλλάξεις εμφανίζονται στην αλληλουχία DNA και επηρεάζουν την αλληλουχία κατά τη διάρκεια της μεταγραφής και της μετάφρασης. Επομένως οι μεταλλάξεις διαταράσσουν τον αριθμό ή τη σειρά του ζεύγους βάσεων στο DNA.
Η χημική ουσία ή οι ουσίες που μπορούν να προκαλέσουν τις μεταλλάξεις είναι γνωστές ως μεταλλαξιογόνοι παράγοντες . Παρόλο που κάθε μετάλλαξη δεν έχει αρνητικό αντίκτυπο, μπορεί να είναι απαρατήρητο καθώς μπορεί να κωδικοποιεί το ίδιο αμινοξύ ακόμη και μετά από μετάλλαξη, ενώ μερικές μεταλλάξεις μπορούν να είναι αποτελεσματικές καθώς προκαλούν ασθένειες όπως η Tay Sachs, η Σχηματίζουσα Κελιμία κ.λπ.
Όλοι μας συνηθίζουμε τις αλλαγές στην καθημερινή ζωή, επομένως το DNA (ο γενετικός κώδικας) επίσης δεν εξαιρείται από αυτές τις σταδιακές αλλαγές αν και λέγεται ότι το DNA είναι εξαιρετικά σταθερό σε σχέση με τις αλληλουχίες και τη σύνθεση των νουκλεοτιδίων και κάθε εργασία του κεντρικού δόγματος που είναι από την αντιγραφή έως τη μεταγραφή και μετάφραση γίνεται με υψηλή πιστότητα.
Με τον τρόπο αυτό, δίνοντας έμφαση στο θέμα των μεταλλάξεων, θα συζητήσουμε τους δύο τύπους μεταλλάξεων, τον τρόπο με τον οποίο διαφέρουν μεταξύ τους και τους τύπους και τα αποτελέσματά τους.
Συγκριτικό διάγραμμα
| Βάση σύγκρισης | Μεταλλάξεις σημείων | Μετατοπίσεις πλαισίων |
|---|---|---|
| Εννοια | Όταν υπάρχει αντικατάσταση μίας βάσης ή ενός μόνο νουκλεοτιδίου από την άλλη στην αλληλουχία νουκλεοτιδίων και τελικά φέρνει αλλαγές στη συμπληρωματική βάση επίσης, οδηγεί σε σημειακές μεταλλάξεις. | Όταν υπάρχει εισαγωγή ή διαγραφή των αριθμών των ζευγών βάσεων από το DNA οδηγεί στις μεταλλάξεις μετατόπισης πλαισίου. |
| Παρουσιάζεται λόγω του | Μεταβολές στο μοναδικό νουκλεοτίδιο. | Μεταβολές σε πολλά νουκλεοτίδια. |
| Επιφέρει αλλαγές στο | Δομή ενός γονιδίου λόγω των υποκαταστάσεων με άλλο ζεύγος βάσεων. | Αλλάζει τον αριθμό των νουκλεοτιδίων λόγω είτε εισαγωγής είτε διαγραφής των νουκλεοτιδίων. |
| Τύποι | Μεταβάσεις και μεταβολές. | Εισαγωγές και διαγραφές. |
| Ασθένεια που προκαλείται από αλλαγές | Προκαλεί αναιμία των βλαστικών κυττάρων. | Προκαλεί τη νόσο του Tay-Sachs. |
Ορισμός μεταλλάξεων σημείων
Με απλά λόγια, μπορούμε να πούμε ότι η αντικατάσταση της βάσης βάσης ή ζεύγους βάσεων στην αλληλουχία νουκλεοτιδίων του γονιδίου καλείται ως σημειακές μεταλλάξεις. Οι σημειακές μεταλλάξεις σπάνια προκαλούν οποιαδήποτε αλλαγή στην ακολουθία νουκλεοτιδίων. Αυτό ονομάζεται επίσης ως αντικατάσταση μιας βάσης. Εμφανίζεται εξαιτίας του σφάλματος που σημειώθηκε κατά την αντιγραφή του DNA και οι μεταβολές παρατηρούνται σε επίπεδο μεταγραφής ή μετάφρασης.
Περαιτέρω, κατά τη στιγμή της μεταγραφής όταν το RNA συντίθεται από το DNA και έπειτα στην πρωτεΐνη (μετάφραση), οι σημειακές μεταλλάξεις γενικά εμποδίζουν το τελικό προϊόν και συνεπώς προκύπτουν λειτουργικές ανισορροπίες. Υπάρχουν δύο υπο-τύποι σημειακών μεταλλάξεων, Μεταβάσεων και Μετατροπής.
Μετάβαση : Σε αυτόν τον τύπο μεταλλάξεων, τα πουρίνες (αδενίνη και γουανίνη) αντικαθίστανται από άλλες πουρίνες ή πυριμιδίνες (ουρακίλη, θυμίνη και κυτοσίνη) αντικαθίστανται από άλλη πυριμιδίνη.
Μετατροπή : Σε αυτόν τον τύπο μετάλλαξης, η μεταβολή είναι μεταξύ της πουρίνης και της πυριμιδίνης ή αντίστροφα, πράγμα που σημαίνει ότι η πουρίνη αντικαθίσταται από την πυριμιδίνη ή ότι η πυριμιδίνη αντικαθίσταται από την πουρίνη.
Επιδράσεις μεταλλάξεων σημείων
Οι αλλαγές σε οποιοδήποτε απλό νουκλεοτίδιο μπορούν να προκαλέσουν την ακόλουθη επίδραση:
1. Σιωπηρή μετάλλαξη - Αυτή η μετάλλαξη δεν δείχνει καμία επίδραση στην παραγωγή του αμινοξέος, καθώς το αλλαγμένο νουκλεοτίδιο μπορεί επίσης να κωδικοποιεί το ίδιο αμινοξύ. Όπως για παράδειγμα οι κωδικοί UCA για τη σερίνη και μετά από μετάλλαξη στην τρίτη βάση UCU, το αμινοξύ θα εξακολουθεί να είναι μόνο σερίνη. Αυτές οι μεταλλάξεις οφείλονται στον εκφυλισμό του γενετικού κώδικα και δεν παρουσιάζουν ανιχνεύσιμα αποτελέσματα.
2. Μεταλλαξιλία Missense - Αυτή η μετάλλαξη μπορεί να φέρει την αλλαγή στο αμινοξύ, καθώς οι κωδικοί UCA για τη Serine, αλλά μια αλλαγή στην πρώτη βάση όπως η ACA θα κωδικοποιήσει τη Threonine. Σε τέτοιες περιπτώσεις, όταν οι ιδιότητες του αλλαγμένου αμινοξέος (φορτίο, πολικότητα, κ.λπ.) παραμένουν ίδιες τότε αυτές οι μεταλλάξεις ονομάζονται συντηρητικές, ενώ αν οι ιδιότητες του αλλαγμένου αμινοξέος διαφέρουν από την προηγούμενη, ονομάζεται μη συντηρητικός.
Δεν υπάρχει αλλαγή στη λειτουργία της πρωτεΐνης σε περίπτωση συντηρητικής, ενώ σε μη συντηρητική η προκύπτουσα πρωτεΐνη μπορεί να είναι μερικώς αποδεκτή ή απαράδεκτη όσον αφορά τη λειτουργία της πρωτεΐνης και μπορεί να οδηγήσει σε ασθένεια όπως η αναιμία των Sickle-Cell.
3. Ακουστική μετάλλαξη - Αυτός ο τύπος είναι η μετάλλαξη που είναι γνωστή για τη μεταβολή του κανονικού λειτουργικού αμινοξέος σε ένα κωδικόνιο τερματισμού, το οποίο έχει ως αποτέλεσμα τον τερματισμό της πρωτεϊνικής αλυσίδας. Όπως για παράδειγμα, το UCA (Serine) αλλάζει σε UAA (κωδικόνιο τερματισμού). Αυτό δίνει το σήμα στάσης στη σύνθεση της πρωτεϊνικής αλυσίδας και επιδρά επίσης στη λειτουργία της πρωτεΐνης.
Ορισμός μεταλλάξεων πλαισίων
Μια μετάλλαξη μετατόπισης πλαισίου συμβαίνει όταν υπάρχει οποιαδήποτε εισαγωγή ή διαγραφή περισσότερων από ένα ζευγών βάσεων στο DNA και επομένως επηρεάζει την αλληλουχία νουκλεοτιδίων και έτσι αλλάζει και τα αμινοξέα.
Μεταλλαξολογία εισαγωγής : Αυτός ο τύπος μετάλλαξης συμβαίνει όταν υπάρχει εισαγωγή ή προσθήκη ενός επιπλέον ζεύγους βάσεων στην αλληλουχία νουκλεοτιδίων.
Μήνυμα διαγραφής : Αυτός ο τύπος είναι απέναντι από την εισαγωγή, όπου το ζεύγος βάσης παίρνει διαγραμμένο από την ακολουθία που έχει ως αποτέλεσμα αλλαγές στα πρωτεϊνικά προϊόντα.
Επιδράσεις μεταλλαγών μετατόπισης πλαισίου
Οι διαγραφές ή παρεμβολές ενός ζεύγους βάσεων στην αλληλουχία προκαλούν το τροποποιημένο πλαίσιο ανάγνωσης του mRNA. Αυτό συμβαίνει επειδή ο μηχανισμός ανάγνωσης δεν αναγνωρίζει τις αλλαγές στις ακολουθίες, ανεξάρτητα από το αν οποιαδήποτε βάση απουσιάζει ή προστίθεται και επομένως δεν υπάρχουν σημεία στίξης στα κωδικόνια ανάγνωσης και η διαδικασία της μετάφρασης συνεχίζεται. Αυτή η διαδικασία τελικά αλλάζει την διαδικασία παραγωγής πρωτεϊνών και μπορεί επίσης να τερματίσει πρόωρα την αλυσίδα.
Βασικές διαφορές μεταξύ μετατοπίσεων σημείων και μετατοπίσεων πλαισίων
Λαμβάνονται παρακάτω οι κρίσιμες διαφορές μεταξύ των δύο τύπων μεταλλάξεων που εμφανίζονται στα ζεύγη βάσεων της δομής DNA ενός γονιδίου:
- Σημειακές μεταλλάξεις συμβαίνουν όταν υπάρχει αντικατάσταση ενός ζεύγους βάσεων από το άλλο, ενώ μεταλλάξεις Frameshift εμφανίζονται όταν υπάρχει εισαγωγή ή διαγραφή των ζευγών βάσης από τη δομή του DNA.
- Σημειακές μεταλλάξεις συμβαίνουν λόγω αλλαγών στο μονό νουκλεοτίδιο, ενώ η μετατόπιση πλαισίου συμβαίνει λόγω μεταβολών σε πολλά νουκλεοτίδια.
- Η σημειακή μετάλλαξη φέρνει αλλαγές στη δομή ενός γονιδίου εξαιτίας των υποκαταστάσεων με ένα άλλο ζεύγος βάσεων, αντίθετα μεταλλάξεις μετατόπισης πλαισίου αλλάζουν τον αριθμό των νουκλεοτιδίων λόγω είτε εισαγωγής είτε διαγραφής των νουκλεοτιδίων.
- Οι μεταβάσεις και οι μετασχηματισμοί είναι οι τύποι σημειακών μεταλλάξεων ενώ οι παρεμβολές και οι διαγραφές είναι οι τύποι μεταλλάξεων μετατόπισης πλαισίου.
- Οι σημειακές μεταλλάξεις προκαλούν την αναιμία των βλαστικών κυττάρων καθώς φέρνει αλλαγές στη δομή του γονιδίου, ενώ οι μεταλλάξεις μετατόπισης πλαισίου προκαλούν νόσο του Tay-Sachs, καθώς αυτό έχει ως αποτέλεσμα τις αλλαγές στον αριθμό των ζευγών βάσεων στη δομή DNA ενός γονιδίου.
συμπέρασμα
Στο παραπάνω άρθρο, μελετήσαμε τη μετάλλαξη που εμφανίζεται στην ακολουθία DNA, όπου μερικές αλλαγές μπορεί να είναι ιδιαίτερα αποτελεσματικές, ενώ μερικές μπορεί να είναι αμελητέες. Ωστόσο, ακόμη και δεν γνωρίζουμε τις αλλαγές που συμβαίνουν στο σώμα μας για να καταπολεμήσουμε οποιαδήποτε νόσο και να προσαρμοστούν ανάλογα με το περιβάλλον, αν και το γενετικό μας υλικό είναι εξαιρετικά διατηρημένο και ο γενετικός μας μηχανισμός λειτουργεί ακριβώς για να το σώζει από κάθε άποψη.
